| 研究課題/領域番号 |
16K05338
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
仁尾 真紀子 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 仁科センター研究員 (80283927)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 異常磁気能率 / 電子 / ミューオン / 量子電磁気学 / 微細構造定数 |
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| 研究実績の概要 |
2018年度は、電子とミューオンの異常磁気能率の量子電磁気学(QED)計算を引き続き行った。数値計算のターゲットは摂動10次の項で、光子５個のみからの量子補正を記述するファインマン図についての計算を続行した。これらの図は、フェルミオンループを含まないので、無次元数である異常磁気能率には、電子にもミューオンにも同等に寄与する。
2017年までの電子の計算の結果は、電磁気力の結合定数である微細構造定数αの値の決定に使用され、新しい国際単位系(SI)の改定、特にプランク定数 hと基本電荷eの定義値の決定に重要な役割を果たした。2019年5月の新SIの施行後は、基本物理定数の中で、最も影響の大きな測定値として、微細構造定数αが位置付けられる。
また、2018年には、セシウム原子を用いた物質波干渉を用いる手法で微細構造定数αの値が16年の研究期間を費やして更新された。この値を用いることで、初めて、電子異常磁気能率の理論値と実験値がほぼ同じ精度で比較できるようになった。結果として両者の差は(0.88±0.36) x 10^{-12} で、9桁の数字が一致し、10桁目がわずかに１ずれている。また、両者の差は2.4標準偏差である。今後、実験および理論、および微細構造定数の精度が向上するにつれ、この差が拡がるのか縮小するか、そしてその意味するところが新しい物理現象かどうかなど、未知の物理の探索に新たな方法が拓かれた。
ミューオンに関しては、2019年にフェルミ研究所から新実験の値の公表が予定されており、従来の3~4標準偏差での理論と実験の値の差がどう動くかに強い関心が集まっている。
以上のような世界的な研究動向から、電子およびミューオンの異常磁気能率のQED計算の精度改良が強く期待されており、それに応えるべく努めた。また、計算の手法の詳細を、レビュー論文の形で提供することを行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究の柱であるQEDの計算自体は、計画通りに順調に推移している。本研究計画のもう一つの目標として、QEDの高次計算の方法の詳細をこれまでの論文以上に簡便で分かりやすい形でコミュニティに提供することがある。その一環として、既出版論文をさらに噛み砕き、すぐに使えるレシピとしたレビュー論文の執筆を行った。
当初研究計画では計算プログラムの公開を予定しており、公開方法について技術的および法的な検討を行った。技術的には問題ない。所属機関の所内規定では、計算プログラムはすでに研究者、開発者に所有権がなく、所の知的財産である。従って、公開には所の判断が必要となる。しかし、現状では研究成果の公開に当たっての窓口もなくルールが明文化されていない。そのため、プログラムの公開については、一旦、差し止めて検討を続けることとなった。
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| 今後の研究の推進方策 |
電子の異常磁気能率については、ハドロンの寄与の不確かさよりも、QEDの寄与の不確かさを小さくすることが、計算のゴールであったが、本年度中に到達することができた。QEDの摂動10次の計算については、その半分を占めるファイマン図について2019年に別の計算結果が発表された。この計算と私たちの計算結果にわずかに不確かさをこえた差があり、その検討を行う。また、ミューオンの異常磁気能率に関するQEDの寄与で最も大きな不確かさを与える12次の推定や、8次の項の数値計算の改良に計算に着手する。
プログラム公開については、研究成果のオープンソース化の潮流にのって、研究所上層部で検討が行われているとのことなので、その判断を待つ。こちらからも窓口を求めて、働きかける予定だ。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究計画の最初の２年間において海外出張予定が私的理由により行えなかったため、そのまま未使用分が繰り越されている。加えて、2018年度の海外出張において、招待のため滞在経費が先方負担となるなど、予定より経費がかからなかった。
未使用分は、来年度の海外出張および海外からの研究者招聘に使用を予定している。
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